第六章(雷達成像--邢孟道)

1、1第 6 章 基于回波數(shù)據(jù)的合成孔徑雷達運動補償在前兩章里已經(jīng)討論了 SAR 的基本原理和成像算法，由于載體的運動而形成長的線性合成陣列，從而獲得高的橫向分辨率。在前面我們也曾指出，為便于分析，設載機的運動狀況是理想的，雷達以確定指向和恒定速度作平行于地面的直線運動。實際上載機運動狀況不可能是理想的，星載 SAR 的狀況還比較好，人造衛(wèi)星在外層空間的運動比較穩(wěn)定；機載 SAR，特別是中、低空飛行的機載 SAR，由于氣流不穩(wěn)定的影響，運

2、動的不穩(wěn)定性較大，如果不采取運動補償，則所錄取的數(shù)據(jù)受到不穩(wěn)定因素的影響會有較大的失真，從而使成像質(zhì)量下降，甚至不能成像。所謂“運動是 SAR 的依據(jù)，也是產(chǎn)生問題的根源” 。載機受氣流影響產(chǎn)生顛簸主要表現(xiàn)在兩個方面：一是位置；另一是姿態(tài)（即轉(zhuǎn)動） 。兩者都是三維的，姿態(tài)的變化包括偏航、俯仰和橫滾。聯(lián)系到合成孔徑雷達，位置誤差主要影響天線相位中心（APC）的位置，因而影響它到目標的距離，我們知道，距離變化會影響回波相位，對合成孔徑雷達是

3、至關(guān)重要的。姿態(tài)變化則會影響雷達波束指向。實際上，機載合成孔徑雷達的天線必須安裝在由慣性導航系統(tǒng)（INS）精確控制的穩(wěn)定平臺上，能使雷達波束指向與預定航線的角坐標精度滿足要求。而位置誤差則不可能完全控制和消除，只是可以加以測量，用測量到的誤差進行補償。所以本章所討論的運動補償主要是雷達 APC 偏離預定的理想位置時的補償問題。機載 SAR 的運動補償主要有基于儀表測量的和基于信號處理的，前者主要依靠載機的慣性導航系統(tǒng)（INS）和全球定位

4、系統(tǒng)（GPS） ，用以測定載機的精確位置。慣性導航系統(tǒng)響應速度快，具有短時間測量精度，這正是合成孔徑雷達成像所需要的，它基本上能將成像相干積累時間里的誤差狀況測量出來。不過，它直接測量的是加速度，通過兩次時間積分才能得到位置數(shù)據(jù)，長時間工作會產(chǎn)生誤差積累。全球定位系統(tǒng)是直接測量位置數(shù)據(jù)的，但系統(tǒng)響應較慢。將兩者相結(jié)合，常可獲得高的位置精度。實際上，為保證 SAR 成像所需的精度主要靠響應速度快的慣性導航系統(tǒng)，至于測量時載機所在地實際區(qū)域

5、和位置的確定主要靠全球定位系統(tǒng)。3進行基于回波數(shù)據(jù)運動補償?shù)幕A；6.3 節(jié)討論法平面和沿航線運動誤差的補償；6.4 節(jié)討論 PGA 自聚焦補償方法；6.5 節(jié)介紹結(jié)合運動補償?shù)?SAR 成像的實例。6.1 SAR 平臺的運動情況 平臺的運動情況6.1.1 慣導系統(tǒng)測量的運動參數(shù)情況簡介 慣導系統(tǒng)測量的運動參數(shù)情況簡介運動參數(shù)通?？捎脩T性測量單元（IMU）和慣性導航系統(tǒng)（INS）測得。對從 IMU 或 INS 的加速度計和陀螺儀獲得

6、的數(shù)據(jù)進行處理可以重構(gòu)出飛機的三維運動軌跡（即沿航線，垂直航線，天頂方向） ，同時也可得到 IMU 位置的三個角度分量（即偏航角，俯仰角，橫滾角） 。慣性測量單元主要測量參數(shù)有：航向角、俯仰角、橫滾角、速度東、速度北、速度天、加速度東、加速度北、加速度天、載機經(jīng)度、載機緯度等，也可輸出偏流角、擦地角、方位角、前向加速度、橫向加速度、前向速度、橫向速度等。但是從已有的一些實測數(shù)據(jù)來說，一般飛機慣導系統(tǒng)的測量精度相對較低，速度和斜視角有時有

7、壞值，測量加速度的變化更加劇烈，每個脈沖都有較大差異。圖 6.1 為由慣導系統(tǒng)（測量精度一般）所獲得的部分運動參數(shù)的例子，其中圖 6.1(a)為 160 秒時間區(qū)間的前向加速度的時間變化曲線，圖 6.1(b)為160 秒時間區(qū)間的橫向加速度曲線，可見加速度變化劇烈，主要由于加速度計非常敏感，而快速對稱振蕩變化的加速度對速度沒有影響，實際產(chǎn)生影響的是它的中值，圖 6.1(c)和(d)對圖 6.1(a)和(b)每秒輸出的加速度慣導數(shù)據(jù)取中值